Name: Isokinetic Robotic Device zur Verbesserung der Test-Retest und Inter-Rater Zuverlässigkeit für Stretch Reflex Messungen bei Schlaganfall-Patienten mit Spastik (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-12T14:45:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Erfahren Sie, wie isokinetische Bewegung die Zuverlässigkeit von Spastizitätsmessungen bei Schlaganfallpatienten verbessert. Dieses Protokoll nutzt ein robotergestütztes Gerät für standardisierte Dehnreflexbewertungen.

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Diese Studie wurde vom Seoul National University Bundang Hospital Research Fund (14- 2014 - 035) und Korea and National Research Foundation of Korea (NRF) Grant unterstützt, der von der koreanischen Regierung (A100249) finanziert wurde. Wir möchten uns bei Seo Hyun Park und Hae-in Kim dafür bedanken, dass sie bei der Vorbereitung und dem Video-Shooting geholfen haben.

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<li>Grippo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomechanical+and+electromyographic+assessment+of+spastic+hypertonus+in+motor+complete+traumatic+spinal+cord-injured+individuals%5BTitle%5D)+AND+%22Spinal+Cord%22%5BJournal%5D)">Biomechanical and electromyographic assessment of spastic hypertonus in motor complete traumatic spinal cord-injured individuals.</a> Spinal Cord. 49 (1), 142-148 (2011).</li>
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Alle Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.

Diese Studie versuchte, die MTS-Messung mit einem robotischen isokintischen Gerät zu standardisieren. Es wurde untersucht, wie sich die Konsistenz der Bewertungsbewegung auf die Ergebnisse der MTS-Messung auswirkt.
Der NAMI-Wert wurde vorgeschlagen, um den Grad der Variabilität in der Bewertungsbewegung darzustellen. Wie erwartet, zeigte die manuelle Methode im Gegensatz zur isokinetischen Bewegungsmethode ohne Variabilität eine Variabilität zwischen den Tests und zwischen den Ratern, was zu e...

Spastik nach Schlaganfall ist häufig und hat sich gezeigt, Komplikationen zu induzieren, einschließlich Schmerzen und Kontrakturen, was zu einer verminderten Lebensqualität1,2,3. Die Messung der Spastik ist wichtig, um den Verlauf der Behandlung richtig zu planen und die Wirksamkeit der Behandlung zu bestimmen. Häufig verwendete Werkzeuge in der klinischen Umgebung sind die Modified Ashworth-Skala (MAS)4, ein nominales Messsystem für die Widerstandsfähigkeit gegen passive Bewegung, und die modifizierte Tardieu-Skala (MTS), die den Fangwinkel (AoC) misst, der die geschwindigkeitsabhängiges Merkmal der Spastik5. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Messwerkzeuge eine eingeschränkte Zuverlässigkeit zwischen den Ratern haben6,7, was die gleiche Rater erfordert, um diese Tests durchzuführen, um eine zufriedenstellende Zuverlässigkeit zu gewährleisten8.
Drei Faktoren wurden gezeigt, die Variabilität in AoC während der MTS-Messung induzieren, einschließlich (1) Fehler aus Winkelmessungen durch eine Goniometrie; (2) Variabilität des manuell bewegten Gelenkbewegungsprofils zwischen Densitzen; und (3) Variabilität bei der Erfassung der Fänge zwischen den Ratern9. Ein neuartiges isokinetisches Robotergerät mit Drehmomentsensoren wird in diesem Protokoll vorgestellt. Dieses Gerät wird auf Schlaganfallpatienten mit leichter Ellbogenflexorspastik mit Oberflächenelektromyographie (EMG) Messungen10angewendet. Es wurde vermutet, dass die Standardisierung der Ellenbogengelenkbewegung die Inter-Rater-Zuverlässigkeit für AoC-Messungen verbessern wird, die durch den Ellenbogenflexor-Stretchreflex ausgelöst werden. Um dies zu beweisen, wurde die Zuverlässigkeit für AoC, gemessen durch Oberflächen-EMG, berechnet und mit diesem entwickelten Robotergerät und EMG zwischen der isokinetischen passiven und manuellen schnellen Ellenbogenverlängerung verglichen. Abbildung 1 zeigt einen Überblick über das gesamte experimentelle Verfahren. Im Detail wurde die MTS-Messphase von zwei Ratern durchgeführt, und die Reihenfolge der Experimente (manuelle vs. isokinetische Bewegung) und die Reihenfolge der Rater wurden zufällig bestimmt, was etwa 50 min für jedes Thema erforderte (Abbildung 1).

<table><tbody><tr><td>3D-Drucker</td><td>Lokit</td><td>3Dison+</td><td>FDA Typ 3D-Drucker</td></tr><tr><td>Kugelwelle</td><td>Misumi</td><td>LBF15</td><td></td></tr><tr><td>Bridge Analog Input Module</td><td>National Instruments</td><td>NI 9237</td><td></td></tr><tr><td>CAN-Kommunikationsmodul</td><td>National Instruments</td><td>NI 9853</td><td></td></tr><tr><td>Caster</td><td>Misumi</td><td>AC-50F</td><td></td></tr><tr><td>Elektromyographie (EMG) Gerät</td><td>Laxtha</td><td>WEMG-8</td><td></td></tr><tr><td>EMG-Elektrode</td><td>Bioprotech</td><td></td><td>1,8x1,2 mm Ag&ndash; AgCl</td></tr><tr><td>Encoder</td><td>Maxon</td><td>HEDL 9140</td><td>500 CPT</td></tr><tr><td>Getriebe</td><td>Maxon</td><td>GP 81</td><td>51:1</td></tr><tr><td>Übersetzung Lab-Wagenheber</td><td>Misumi</td><td>99-1620-20</td><td></td></tr><tr><td>Linearschieber</td><td>Misumi</td><td>KSRLC16</td><td></td></tr><tr><td>Motor</td><td>Maxon</td><td>EC-60</td><td>bürstenloser EC-Motor</td></tr><tr><td>Motortreiber</td><td>Elmo</td><td>DC Whistle</td><td></td></tr><tr><td>PLA</td><td>Lokit</td><td></td><td>3D-Drucker Material</td></tr><tr><td>Echtzeitprozessor</td><td>National Instruments</td><td>sbRIO-9632</td><td></td></tr><tr><td>Drehmomentsensor</td><td>Aufnehmertechniken</td><td>TRS-1K</td><td></td></tr></tbody></table>

isokinetic robotic device zur verbesserung der test-retest und inter-rater zuverlässigkeit für stretch reflex messungen bei schlaganfall-patienten mit spastik

Isokinetic Robotic Device to Improve Test-Retest and Inter-Rater Reliability for Stretch Reflex Measurements in Stroke Patients with Spasticity

Die Messung der Spastik ist wichtig für die Behandlungsplanung und die Bestimmung der Wirksamkeit nach der Behandlung. Das aktuelle Tool, das in klinischen Umgebungen verwendet wird, hat sich jedoch in der Zuverlässigkeit der Interratern als eingeschränkt erwiesen. Ein Faktor für diese schlechte Inter-Rater-Zuverlässigkeit ist die Variabilität der passiven Bewegung bei der Messung des Fangwinkels (AoC) Messungen. Daher wurde eine isokinetische Vorrichtung vorgeschlagen, um die manuelle Gelenkbewegung zu standardisieren; Die Vorteile der isokinetischen Bewegung für AoC-Messungen wurden jedoch nicht standardisiert getestet. Dieses Protokoll untersucht, ob die isokinetische Bewegung selbst die Zuverlässigkeit von Interratern für AoC-Messungen verbessern kann. Zu diesem Zweck wurde ein robotisch-isokinetisches Gerät entwickelt, das mit der Oberflächenelektromyographie (EMG) kombiniert wird. Zwei Bedingungen, manuelle und isokinetische Bewegungen, werden mit der standardisierten Methode zur Messung des Winkels und des subjektiven Fanggefühls verglichen. Es wird gezeigt, dass bei 17 Schlaganfallpatienten mit leichter Ellbogenflexorspastik die isokinetische Bewegung den intraklassizinischen Korrelationskoeffizienten (ICC) für die Inter-Rater-Zuverlässigkeit von AoC-Messungen auf 0,890 [95% Konfidenzintervall (CI): 0,685–0,961] durch das EMG verbesserte. 0,931 (95% CI: 0,791–0,978) nach den Drehmomentkriterien, von 0,788 (95% CI: 0,493–0,920) durch manuelle Bewegung. Zusammenfassend kann die isokinetische Bewegung selbst die Interrater-Zuverlässigkeit von AoC-Messungen bei Schlaganfallpatienten mit leichter Spastik verbessern. Da dieses System möglicherweise größere standardisierte Winkelmessungen und Gefühlsfang bietet, kann es eine gute Option für die Bewertung der Spastik in einem klinischen Umfeld sein.

Die Zuverlässigkeit gliedert sich in vier Klassen nach dem ICC-Wert: extrem ausgezeichnet (&gt;0,90), ausgezeichnet (0,75 &lt; ICC - 0,90), fair bis gut (0,40 &lt; ICC - 0,75) und schlecht (&lt;0,40). Der Standardfehler der Messungen (SEM) wurde berechnet, um die Fehlerkomponente der Varianz zu bestimmen. Die kleinste nachweisbare Differenz (SDD) wurde aus dem SEM der Test-Retest-Daten berechnet.
Normalisierter Bewertungsbewegungsindex (NAMI): Der NAMI-Wert während einer isokinetischen Bewegun...

Mit Hilfe eines robotischen isokinetischen Geräts mit Elektromyographie-Messungen (EMG) veranschaulicht dieses Protokoll, dass die isokinetische Bewegung selbst die Interrater-Zuverlässigkeit für den Fangwinkel bei Schlaganfallpatienten mit leichter Ellbogenflexorspastik verbessern kann.

Isokinetic Robotic Device zur Verbesserung der Test-Retest und Inter-Rater Zuverlässigkeit für Stretch Reflex Messungen bei Schlaganfall-Patienten mit Spastik

Measuring spasticity is important in treatment planning and determining efficacy after treatment. However, the current tool used in clinical settings has ...

Dieses Protokoll verbessert die Zuverlässigkeit der Spastikmessung im Vergleich zur herkömmlichen Methode. Der Dehnungsreflex wird unter Berücksichtigung der Wirkung der standardisierten isokintischen Bewegung auf die Zuverlässigkeit des Fangwinkels gemessen. Mit dieser Technik kann der fangwinkel, der durch die Tragepresse dargestellt wird, sowohl in der isokinetischen als auch in den manuellen Bewegungen gemessen werden, indem die Oberfläche und die Aktivität des Bizepsbrachii gemessen werden.Demonstriert wird das Verfahren von Seo Hyun Park, einem Ergotherapeuten aus meinem Labor. Beginnen Sie, indem Sie den Patienten bitten, in einem Stuhl mit geradem Rücken zu sitzen. Informieren Sie sie auch, dass sie ihre Schulterposition während des gesamten Experiments stabil halten sollten.Lösen Sie als Nächstes den Befestigungsblock auf dem linearen Schieberegler, sodass die Manschette frei bewegt werden kann. Dann legen Sie den hemiparetischen Arm des Motivs leicht auf das Robotermanipulandum, ohne den Gurt zu befestigen. Stellen Sie die Höhe des Roboters mit der Laborbuchse ein, bis die Schulter des Patienten um 90 Grad entführt wird, und bestätigen Sie dies mit einem Goniometer.Befestigen Sie die Riemen der Unterarmmanschette. Als nächstes weisen Sie das Subjekt an, den Griff zu halten und die Hand mit Gurten am Griff zu befestigen. Richten Sie die Rotationsachse des Roboters an der anatomischen Achse des Ellenbogengelenks des Patienten aus.Nun flexen und erweitern Sie das Ellenbogengelenk des Motivs, so dass die Position der Manschette natürlich in einer optimalen Position nachjustiert werden kann, ohne widerstanden während der Bewegung zu erzeugen. Befestigen Sie dann den Befestigungsblock, um die Position der Manschette zu fixieren. Schließlich befestigen Sie die Oberfläche EMG Elektroden auf dem Bizeps brachii Muskel im hemiparetic Arm.Um mit den Messungen zu beginnen, geben Sie zunächst die hemiparetischen Nebeninformationen des Patienten in das Programm ein. Bestätigen Sie dann, dass der Ellenbogen mit einem Goniometer auf 90 Grad gebeugt wird, und drücken Sie die 90-Grad-Set-Taste auf dem grafischen Interface-Panel. Drücken Sie die Set-Taste Finish, um den Roboter in den Betätigungszustand zu versetzen.Klicken Sie dann auf die Schaltflächen auf dem Motorrun-Panel auf der linken Seite der grafischen Oberfläche, um von oben nach unten zu sein. Stellen Sie nun die Geschwindigkeit auf ein Grad pro Sekunde ein, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Ausführen. Der Roboter verlängert den Ellenbogen langsam um ein Grad pro Sekunde von einer 90-Grad-Gebeugten Haltung, bis das Reaktionsmoment einen bestimmten Schwellenwert erreicht oder sich um 170 Grad ausdehnt.Ändern Sie als Nächstes die Geschwindigkeit auf einen Grad pro Sekunde negativ, und wählen Sie erneut Ausführen aus. Der Roboter wird den Ellenbogen langsam beugen, bis das Reaktionsmoment den Schwellenwert erreicht. Führen Sie vor Beginn der Messungen eine Trägheitseffektkompensation durch.Klicken Sie zuerst auf die Schaltfläche Zurück auf dem Bedienfeld und der Roboter wird den Ellenbogen auf die minimale Winkelhaltung biegen. Stellen Sie nun die Geschwindigkeit auf 150 Grad pro Sekunde ein, wählen Sie Trägheitstest aus, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Ausführen. Der Roboter wird eine kurze Störung von fünf Grad auf den Patienten in dieser Geschwindigkeit anwenden.Das Spitzendrehmoment und der Periodenwert jeder Testversion werden automatisch gestapelt und auf dem GUI-Panel angezeigt. Wiederholen Sie diesen Trägheitstest zwei weitere Male, und bestimmen Sie dann einen korrekten Spitzendrehmomentwert und Periodenwert aus den gemessenen Daten und geben Sie den Wert in der Programm-GUI ein. Hier sehen wir ein Beispiel für Trägheitseffektkompensation.Die grüne Linie zeigt das rohe Drehmoment an. Die gepunktete Linie zeigt das Trägialkraftmodell an, und die rote Linie zeigt das Ergebnis der Trägendrehmomentkompensation an. Führen Sie als Nächstes den Einarbeitungsschritt aus.Klicken Sie auf die Schaltfläche Zurück, um den Ellenbogen auf die minimale Winkelhaltung zu biegen. Informieren Sie dann den Betreff, dass sich der Roboter bewegt, bevor Er auf die Schaltfläche Ausführen klickt. Der Roboter verlängert den Ellenbogen des Patienten mit einer Geschwindigkeit von 150 Grad pro Sekunde, bis ein maximaler Winkel erreicht ist oder das Reaktionsmoment die Schwelle erreicht.Wiederholen Sie den Einarbeitungsvorgang zwei weitere Male. Nehmen Sie dann eine fünfminütige Pause, bevor Sie den Test starten. Um mit der isokinetischen MTS-Messung zu beginnen, drücken Sie erneut die Zurück-Taste, um zur minimalen Winkelhaltung zurückzukehren.Klicken Sie dieses Mal jedoch auf die Schaltfläche Ausführen, ohne das Motiv zu informieren. Der Roboter wird den Ellenbogen des Patienten wieder mit der gleichen Geschwindigkeit verlängern. Zeit-, Winkel-, Reaktionsmoment- und Triggersignaldaten werden vom System während der Prüfung gespeichert.Wiederholen Sie die isokinetische MTS-Messung zwei weitere Male mit zwei Minuten Pausen zwischen den Sätzen. Nehmen Sie dann eine fünfminütige Pause, nachdem Sie alle drei Messungen durchgeführt haben. Versuchen Sie für das manuelle MTS-Experiment, den Arm des Motivs mit der maximalen konstanten Geschwindigkeit entsprechend der idealen MTS-Leistungsbedingung zu verlängern.Führen Sie als Nächstes eine manuelle MTS-Messung durch. Nach der Rückkehr zum minimalen Winkel, drücken Sie die Free Run-Taste und der Roboter wird in den manuellen Betriebsmodus wechseln. Halten Sie nun den Griff des Manipulandums und strecken Sie den Arm des Subjekts.Während des Betriebs sollte der Rater eine konstante Geschwindigkeit von 150 Grad pro Sekunde erzeugen. Schalten Sie an dieser Stelle den Freilaufmodus aus und lassen Sie das Motiv eine zweiminütige Pause einlegen. Wiederholen Sie dann die manuelle MTS-Messung zwei weitere Male.Nach Abschluss des gesamten Experiments mit dem ersten Rater haben das Thema Rest für 10 Minuten. Wiederholen Sie dann alle MTS-Messungen mit einem anderen Rater. Um eine isokinetische MTS-Experimentdatenanalyse durchzuführen, synchronisieren Sie zunächst die EMG-Daten und Roboterwinkeldaten mithilfe der Triggersignale jedes Datensatzes.Bestimmen Sie dann den Fangwinkel manuell als Ausgangspunkt des Wurzelmittelquadrats EMG Upsurge, wie hier zu sehen. Für die Winkelauswertung mit den Drehmomentdaten zeichnen Sie eine Regressionslinie, die mit dem Punkt beginnt, an dem das Triggersignal nach oben geht, und zeichnen Sie eine weitere Regressionslinie von dem Punkt, an dem das Triggersignal nach unten geht. Vergleichen Sie nun die Neigungen dieser beiden Regressionslinien.Wenn sie einen signifikanten Unterschied aufweisen, kann der Fangwinkel am Schnittpunkt der beiden Regressionslinien bestimmt werden. Diese Abbildung zeigt ein Beispiel für die Winkelauswertung anhand von EMG-Daten für einen manuellen MTS-Fall. Wie im isokinetischen Fall wird der Fangwinkel als Winkel bestimmt, wenn ein klarer Anstieg des EMG auftritt.Hier sehen wir Variablen für den normalisierten Bewertungsbewegungsindex. Intuitiv ist der Indexwert das Verhältnis der Fläche unter dem Geschwindigkeitsdiagramm zum Bereich des grauen Felds. Die meisten grundlegenden kinetischen Bewegungen zeigen Werte, die näher an einem sind.Der wichtigste Schritt in dieser Technik ist der Winkel der Fangauswahl. Auch die Versuchsbedingungen sollten konstant bleiben, um Lärm zu reduzieren, da diese Experimente schnell durchgeführt werden. Nach diesem Verfahren ist eine umfassendere Zustandsbewertung mit dem gemessenen Reaktionsmoment und den EMG-Daten möglich, wie z.B. die Beurteilung der Patientensteifigkeit anhand der Steigung der Regressionslinie.Die Standardisierung und die Quantifizierung des Bewertungsinstruments in diesem Protokoll können eine Grundlage für eine effizientere Behandlung bieten und die Entwicklung einer neuen Methode, wie z. B. evozierte Variationen, ermöglichen. Beachten Sie, dass die schnelle Bewegung des Robotergeräts den Patienten nervös machen kann, und dies kann den Muskeltonus beeinflussen. Daher ist eine Einarbeitung erforderlich, bevor sie mit dem Experiment beginnt.

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